Научная школа металловедов–инструментальщиков

Научная школа металловедов–инструментальщиков стала развиваться в СТАНКИНе с момента образования кафедры металловедения в 1934 году. К заведованию кафедрой привлекались специалисты по инструментальным материалам, их выбору, применению и упрочнению. Кафедрой заведовали:

• кандидат технических наук, профессор B.C. Владиславлев (1934–1956);
• заслуженный деятель науки и техники РСФСР, лауреат Сталинской премии II степени, доктор технических наук, профессор Н.А. Минкевич (1941–1942);
• заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Ю.А. Геллер (1957–1977);
• доктор технических наук, профессор В.Ф. Моисеев (1977–1985);
• лауреат премии Совета Министров СССР, доктор технических наук, профессор Л.С. Кремнев (1985–2010).

Основные направления научной деятельности кафедры были заложены при ее создании. Они заключались в разработке и внедрении быстрорежущих сталей. В начале 40­х годов ХХ века по этой проблеме появились две монографии B.C. Владиславлева и Н.А. Минкевича «Малолегированные быстрорежущие стали».

В 1930–1950­е годы кафедра:

• разработала методики рациональ­ ного назначения инструментальных сталей на различные виды инструментов;
• участвовала в разработке и широком внедрении в машиностроение закалки токами высокой частоты (ТВЧ) (за эту работу ассистент Е.В. Родин в составе авторского коллектива был удостоен Сталинской премии I степени);
• осуществляла разработку и внедрение технологии закалки ТВЧ при изготовлении ответственных сложных деталей двигателей автомобилей, автосцепки подвижного состава железнодорожного транспорта, деталей гусеницы трактора «Кировец 35», деталей оборудования химического машиностроения и других;впервые внедрила на заводе «Ростсельмаш» закалку ТВЧ при изготовлении деталей из ковкого чугуна;
• занималась решением теоретических и практических вопросов внедрения электроискрового упрочнения металлов.

Кафедра плодотворно работала в годы Великой Отечественной войны. Она не эвакуировалась вместе со Стан­кином в город Томск, а была оставлена в Москве для выполнения важнейшей работы –исследования материала брони и деталей трофейных вражеских танков и танков  наших союзников. Наркомату танковой промышленности учеными института был предложен ряд мероприятий по применению новых материалов и новых технологий для улучшения за­ щитных свойств советских танков.

Большая работа была проведена по устранению технологических недостатков в двигателях знаменитых американских «Студебеккеров» – трехосных грузовиков повышенной проходимости, которые использовались и качестве основной подвижной базы для легендарных «Катюш». Двигатели выходили из строя вследствие быстрого износа шеек коленчатых валов. После введения новой технологии закалки этих деталей токами высокой частоты, предложенной учеными кафедры, межремонтные сроки эксплуатации коленчатых валов увеличились в 5–6 раз. Эти военные задания выполнялись членами кафедры профессором B.C. Владиславлевым, доцентом Н.П. Аристовым, ассистентом Е.В. Родиным.

В 1957 году заведующим кафедрой металловедения стал доктор технических наук, профессор Ю.А. Геллер, который в 1941–1943 годах работал главным металлургом на оборонных заводах и начальником инструментального бюро Наркомата боеприпасов.

Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, профессор Ю.А. Геллер получил хорошее общее и профессиональное образование и владел тремя европейскими языками. Это позволяло ему иметь обширную и современную информацию в области инструментальных материалов. Ю.А. Геллер отличался большой работоспособностью, был прекрасным организатором не только проводимых исследований, но и учебного процесса на кафедре. Об этом редком сочетании крупного ученого и блестящего педагога свидетельствует судьба его книг. Монография «Инструментальные стали» выдержала пять изданий, а учебное пособие для высшей школы «Материаловедение» – шесть. По этому учебному пособию до сих пор проводятся занятия в большинстве вузов Российской Федерации.

Признанный специалист в области инструментальных сталей, автор более 160 научных работ, 13 монографий, научный редактор 10 капитальных справочников и монографий Ю.А. Геллер является примером настоящего ученого. Главные выводы его исследований используются для получения новых, более эффективных инструментальных сталей, для установления оптимального содержания в них дефицитных вольфрама, хрома, молибдена, ванадия и кобальта.

Ю.А. Геллер возглавлял в СТАНКИНе научное направление «Создание новых инструментальных и конструкционных сталей для машиностроения и совершенствование их термической обработки». За двадцать лет работы в институте им создана научно­педагогическая школа металловедов–инструментальщиков.

Благодаря целенаправленной работе школы впервые была создана теория легирования теплостойких инструментальных сталей (Л.С. Кремнев), на основе которой были разработаны стали различного назначения. Три из них включены в Государственный стандарт: Р12 (Л.С. Кремнев), Р12Ф3 (Ю.А. Геллер), Р12Ф4К5 (В.Ф. Моисеев). Более 20 марок теплостойких сталей широко поставляются в промышленность по техническим условиям металлургическими заводами. Применение сталей Р8М3К6Ф, 10Р8М3, В11М7К23, 2Х6В8М2К8, 11М5Ф, обладающих уникальными свойствами, позволило решить проблемы производства изделий специального назначения. Большой вклад в разработку и внедрение в промышленность инструментальных теплостойких сталей внесли: доктора технических наук, профессора Ю.А. Геллер, Л.С. Кремнев, В.Ф. Моисеев; кандидаты технических наук, профессора Ю.Е. Седов, А.М. Адаскин; кандидат технических наук, доцент А.К. Онегина; кандидаты технических наук, старшие научные сотрудники В.А. Брострем, Т.Г. Сагадеева, Л.М. Колобекова, Б.Л. Александрович, Е.С. Голубева.

Леонид Стефанович Кремнев является видным ученым научной школы металловедов–инструментальщиков, внесшим большой вклад в ее становление и широкое всестороннее развитие. Является создателем теории легирования теплостойких инструментальных сталей.

Стали, созданные кафедрой на основе теории легирования, обеспечили получение большого экономического эффекта. Начало было положено разработкой и внедрением профессором В.С. Владиславлевым высокохромистой стали ЭИ184 (Р5Х8ФС) взамен высоковольфрамовых быстрорежущих сталей. Уступая в теплостойкости и производительности при обработке металлов резанием, эта сталь давала существенный экономический эффект в условиях острейшего дефицита дорогостоящих легирующих компонентов. Применение в последующем в промышленности только одной стали Р12 (Ю.А. Геллер, Л.С. Кремнев) позволяло получать значительную экономию, поскольку не уступала стали Р18 по свойствам (нередко превосходя ее) и имела в своем составе на треть меньше дорогого вольфрама.

Владислав Федорович Моисеев является одним из ученых научной школы, внесших заметный вклад в ее развитие. Им исследовалось влияние кобальта в быстрорежущих сталях, проверялось подтверждение теории их интерметаллидного упрочнения, была разработана сталь Р12Ф4К5 для обработки труднообрабатываемых материалов.

Большая работа проводилась по:

• созданию штамповых сталей для холодного деформирования;
• исследованию механизма деформации изделий в процессе их термической обработки с предложением нового вида закалки из межкритической области, обеспечивающего уменьшение деформации в процессе закалки.

В.Ф. Моисеевым разработано направление прогнозирования свойств материалов на основе их атомного строения с использованием наряду с электронным строением дополнительно трех параметров — средней атомной массы, электронной концентрации и средней электроотрицательности; им подготовлена и издана монография «Инструментальные материалы» в соавторстве с С.Н. Григорьевым, которая вышла в 2 изданиях (последнее в 2005 г.). Она содержит составы современных отечественных и зарубежных инструментальных материалов, даны их классификация, свойства, рекомендуемая модифицирующая обработка, области рационального использования.

Хорошие результаты были получены по исследованию и разработке инструментальных сталей для холодного и горячего деформирования металлов. Новые марки сталей нашли широкое применение в промышленности. Три из них были включены в Государственные стандарты (ХВСГ, 6ХЧМ2ФС, 7ХГ2ВМ), восемь поставляются по заводским техническим условиям, а две инструментальные стали этой группы отмечены медалями ВДНХ в 1975 и 1977 годах.

Кандидаты технических наук, доценты И.А. Бусурина, А.В. Семичастная, В.Н. Климов разрабатывали технологические процессы азотирования для повышения стойкости штампов и пресс­форм литья, диффузионного хромирования; стали для измерительных инструментов и упругих элементов машин и приборов.

Сотрудниками кафедры металловедения на основе проведенного анализа и теории легирования теплостойких инструментальных сталей создана молибденовая быстрорежущая сталь оптимального состава 11М7ВХ2Ф, которая при минимальном содержании молибдена (7,5 %), вольфрама (1 %), ванадия (2 %) и хрома (~2 %) приобретает твердость до 64–66 HRC и теплостойкость до 640 °С (К = 2) при таких же, как у стали Р6М5, значениях предела прочности при изгибе и ударной вязкости. Температура закалки обеих сталей на зерно аустенита балла № 10 равна 1220 °С, однако при этом количество нерастворившихся, эвтектических карбидов М6С, обогащенных молибденом, в стали 11М7ВХ2Ф значительно меньше, чем в стали Р6М5. Можно видеть, что отношение интенсивностей линий рентгеновского отражения карбидов М₆С, не растворившихся при закалке, и мартенсита у стали 11М7ВХ2Ф в 1,5 раза меньше, чем у стали Р6М5. Повышенную устойчивость против перегрева стали 11М7ВХ2Ф следует объяснить формированием в ее структуре большого количества мелких частиц карбидов МС, которые задерживают рост зерен аустенита эффективней, чем более крупные нерастворившиеся карбиды М₆С стали Р6М5. Присутствие мелких и равномерно распределенных карбидных частиц в структуре стали 11М7ВХ2Ф объясняет также тот факт, что их пределы прочности и ударная вязкость не меньше, чем стали Р6М5, при том что твердость этой стали на 12 HRC больше, чем стали Р6М5. Благодаря отмеченным особенностям карбидной фазы сталь 11М7ВХ2Ф имеет высокие технологические свойства: хорошую шлифуемость на уровне сталей Р6М5 и Р18, а также повышенную устойчивость против перегрева инструментов. Интервал закалочных температур у этой стали (50 °С) в 2 раза шире, чем у стали Р6М5.

Теория легирования быстрорежущих сталей, созданная в МГТУ «СТАНКИН», позволяет:

• объяснить причины, по которым стали Р18 и Р6М5 остаются до настоящего времени одними из лучших быстрорежущих сталей;
• установить уровень легирования и соотношения между концентрациями углерода и основных легирующих компонентов, характерные для быстрорежущих сталей оптимального состава;
• создавать на этой основе или выбирать среди известных стали, состав которых наиболее близок к оптимальному с учетом особенностей и конъюнктуры легирующих компонентов и изменяющихся технологий производства и упрочнения инструментов.

Для выполнения большого объема исследований на кафедре «Металловедение» были созданы лаборатории рентгеноструктурного и электронографического анализа, исследования физических свойств металлов, фазового химического анализа, обновлены лаборатории микроскопического анализа и термической обработки. Эта лабораторная база послужила материальной основой выполнения многочисленных договорных работ с обязательным участием всех аспирантов кафедры.

В процессе создания новых инструментальных сталей в лабораториях кафедры использовались новейшие методы исследований:

• рентгеноструктурный анализ,
• электронно-­микроскопический анализ,
• магнитометрический анализ.

Результаты теоретических выводов и лабораторных испытаний проходили проверку и уточнялись в промышленных условиях. Применение новых быстрорежущих сталей и сплавов в производстве позволило получить значительную экономию средств, повысить производительность резания конструкционных сталей повышенной прочности, жаропрочных сталей и сплавов.

Сотрудники кафедры внесли заметный вклад в развитие отечественного спорта и медицины. Проводились научные работы по:

• разработке технологии термической обработки лезвий беговых коньков и ее осуществлению в своей лаборатории с последующим внедрением на заводе «Искра»;
• термической обработке спортивных клинков для фехтовального спорта;
• разработке коррозионно­стойкой экологически безопасной стали и ее термической обработке для хирургических игл и скальпелей;
• разработке стали и технологии ее получения для изготовления целого набора хирургических микроинструментов, используемых в офтальмологии;
• выдаче рекомендаций по технологии изготовления ответственной детали искусственного клапана сердца.

Своеобразная страница деятельности научной школы кафедры – история создания специальной медицинской стали.

Офтальмологов и других врачей, делающих микрохирургические операции, уже давно не удовлетворяли имеющиеся в их распоряжении инструменты. Операционное поле в офтальмологии – несколько квадратных миллиметров. Естественно, инструменты должны быть миниатюрными и в то же время обладать безупречными режущими свойствами. Известные виды сталей и сплавов здесь не годились. Причина – в самой структуре металла. Размер твердых частиц достигает 8–25 микрон, а радиус скругления режущей кромки хирургического инструмента всего 2–3 микрона.

Во время исследовательских работ в металле были выявлены совершенно новые, неизвестные ранее структурные изменения. Это не только повернуло ход лабораторных испытаний, но и привело к открытиям. Под руководством профессора Ю.А. Геллера удалось изготовить высококачественные стали, содержащие в несколько раз меньше легирующих элементов по сравнению с существующими у нас в стране и за рубежом.

Затем ученые взялись за разработку так называемой медицинской стали. Из опытных образцов сделали сначала скальпели, получившие положительные отзывы врачей Научно-­исследовательского института скорой помощи имени Н.В. Склифосовского. Но для металла, пригодного в микрохирургии, нужно было найти оптимальные сочетания из нескольких марок сталей, разработать особую технологию проката. В создании новинки участвовали сотрудники Всесоюзного института авиационных материалов, Всесоюзного научно­исследовательского и испытательного института медицинской техники, инженеры заводов «Электросталь», «Серп и молот».

Арсенал инструментов врачей, специализирующихся в микрохирургии, пополнился удобными миниатюрными иглами, ножами. Они выдержали экзамен: 35 операций было проведено без перезаточки, в то время как обычные инструменты используются не более 5–­6 раз.

После клинических испытаний новых инструментов в НИИ глазных болезней имени Гельмгольца специалисты­хирурги дали им высокую оценку. Эти инструменты прошли проверку и в Лаборатории трансплантации органов и тканей АМН СССР.

За годы существования научной школой металловедов–­инструментальщиков подготовлено более 70 кандидатов и 5 докторов технических наук, многие из которых работают в странах СНГ и за рубежом.

Исследования, выполненные школой металловедов­инструментальщиков, востребованы промышленностью и получили широкое общественное признание.

За исследование, разработку и внедрение теплостойких сталей кафедра была удостоена:

• первой премии имени Д.К. Чернова (Ю.А. Геллер, Л.С. Кремнев, В.Ф. Моисеев, Ю.А. Седов, А.М. Адаскин, Б.Л. Александрович, В.А. Брострем) – 1971 год;
• первой премии имени Н.А. Минкевича (Ю.А. Геллер, Л.С. Кремнев) – 1973 год;
• третьей премии имени Н.А. Тиме (Л.С. Кремнев, профессор кафедры ВТО, кандидат технических наук В.А. Синопальников) – 1974 год;
• премии Совета Министров СССР (Л.С. Кремнев) – 1982 год.

Возврат к списку